环境周报 | 微生物重要期刊最新研究进展（20210809）

Nature Reviews Microbiology

综述| Nature Reviews Microbiology：微生物代谢工程的生理局限性和机遇

本文由猫猫编译

摘要：代谢工程在提高运输和化学制造部门的环境可持续性方面可以发挥关键作用。该领域已经开发出工程微生物，目前正用于工业规模的过程。然而，要达到商业可行性所需的滴定度、产量和生产率往往是一项挑战。微生物化学生产的效率通常取决于宿主生物的生理特性，这可能对工程生物合成途径施加限制，或者反过来提高其性能。在这篇综述中，我们讨论了微生物生理学的不同方面，这些方面常常给代谢工程带来障碍，并提出了克服这些障碍的解决方案。我们还描述了利用宿主生物中的自然或工程生理特性来促进化学生产的工程代谢途径的各种实例。

原名：Physiological limitations and opportunities in microbial metabolic engineering

译名：微生物代谢工程的生理局限性和机遇

期刊：Nature Reviews Microbiology

IF：60.633

发表时间：2021.08.02

通讯作者：José L. Avalos

通讯作者单位：美国普林斯顿大学化学与生物工程系

DOI号：10.1038/s41579-021-00600-0

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41579-021-00600-0

Water Research

科研| Water Research：东南亚海滩水质评价中粪便指示菌、微生物源追踪标记物和病原体的综合分析

本文由蓝胖儿编译 

摘要：粪便污染导致的沿海水质退化对在休闲泳滩游玩的游客构成健康威胁。粪便指示菌（FIB）是粪便污染的代表。然而，由于非人类来源，它们对休闲海滩受非点源影响的粪便污染健康风险的表征的准确性存在争议。本研究旨在探讨FIB与一系列可培养和基于分子的微生物源追踪（MST）标记、病原菌、理化参数和降雨量之间的关系。在泰国两个旅游海滩的六次活动中，从七个采样站采集了42份海水样本。这两个海滩都受到粪便污染，GenBac3标记物的检出率为88%-100%，高达8.71 log₁₀ copies/100 mL。人类特异性MST标记物人类多瘤病毒JC和BK（HPyVs）高达4.33 log₁₀ copies/100 mL，阳性检出率为92%-94%，表明人类污水可能是主要污染源。CrAssphage噬菌体的频率和浓度较低；其与FIB组（即总大肠菌群、粪便大肠菌群和肠球菌）和GenBac3的相关性减少了其作为沿海水域人类特异性MST标记物的使用。人类特异性可培养的AIM06和SR14噬菌体以及一般粪便指示噬菌体的敏感性也低于人类特异性分子检测。GenBac3终点PCR检测的适用性是在GenBac3 qPCR检测之前的低成本预筛选步骤，其阳性预测值为100%，但其有限的阴性预测值需要随后的qPCR确认。在所有样本中均未发现人类肠腺病毒和霍乱弧菌（Vibrio cholerae）。与副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）、创伤弧菌（Vibrio vulnificus）和5-d降雨记录相关的HPyVs均在雨季更为普遍和集中。因此，建议在雨季进行更多监测。观察到在时间上有差异，但在空间上没有差异，这表明需要在每个海滩设立监测点进行常规监测。超过FIB水质标准并不表明HPyVs或弧菌属病原体群的患病率或浓度增加，因此FIB作为热带海滩健康风险指标的应用可能受到挑战。通过使用MST标记物对粪便污染进行准确评估，可以制定更有效的水质监测计划，更好地保护热带休闲海滩的人类健康风险。

关键词：微生物源追踪、粪便指示菌、噬菌体、qPCR、热带海滩、海水

原名：Integrated analyses of fecal indicator bacteria，microbial source tracking markers, and pathogens for Southeast Asian beach water quality assessment

译名：东南亚海滩水质评价中粪便指示菌、微生物源追踪标记物和病原体的综合分析

期刊：Water Research

IF：11.236

发表时间：2021.7.31

通讯作者：Kwanrawee Sirikanchana

通讯作者单位：泰国朱拉蓬研究所生物技术研究实验室

DOI号：10.1016/j.watres.2021.117479

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135421006771

图文摘要

ISME Journal

科研| The ISME Journal：负生物相互作用驱动土壤微生物群落组装和功能

本文由温水编译 

摘要：微生物群落是所有生态系统的核心，然而，对于如何控制生态环境中这些微生物群落的组装过程方面，人们仍缺乏了解。为明确生物相互作用对土壤微生物群的组装和功能的影响，我们设计了一种自上而下去除自然微生物群落中特定类群的操作方法（top-down approach），该方法与基因组学中的基因敲除的方法相似，通过有针对性地去除原生土壤群落中的各种微生物类群，以测试生物相互作用对微生物群落组装和功能的影响。我们假设，某些微生物群的移除将强烈影响许多其他微生物类群在环境中的相对适应度，从而达到揭示生物相互作用在塑造土壤微生物群落中的实际作用的目的。结果表明：（1）有近一半（39%）的优势细菌类群在土壤再定殖过程中受到竞争性相互作用的影响，这说明了生物相互作用在土壤微生物群落组装中的重要性。该方法可以窥探到特定微生物群落的组装规律，例如，芽孢杆菌属（Bacillales）和变形杆菌属（Proteobacteriales）之间存在显著的竞争排斥作用。我们的研究结果还显示，（2）改变生物相互作用将导致碳循环和氮循环功能发生更显著的变化。因此，本研究证明了这种自上而下的去除方法可以为复杂生态系统中微生物相互作用的研究提供新的途径。

原名：Unraveling negative biotic interactions determining soil microbial community assembly and functioning

译名：负生物相互作用驱动土壤微生物群落组装和功能

期刊：The ISME Journal

IF：10.302

发表时间：2021.07.28

通讯作者：Laurent Philippot

通讯作者单位：法国勃艮第-弗朗什孔泰大学

DOI号：10.1038/s41396-021-01076-9

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-01076-9

Environmental Microbiology 

科研 | Environmental Microbiology：微生物的低湿休眠

本文由景行编译 

摘要：细胞水分的流失（干燥）和由此产生的低细胞质水分活度是生命的主要压力因素。许多原核和真核生物类群已经进化出分子和生理适应，以适应整个地球上发生的缺水时期或缺水环境。在干燥和再水化过程中的细胞内变化，从生物合成途径的激活（和失活）到相容溶质的积累，已经得到了相当详细的研究。然而，对干燥状态下生物体的代谢状态知之甚少。也就是说在干燥和再润湿阶段之间的较长时间内。在这些可以延续数十年且研究者称之为“低湿休眠”的时期内，生物体的生存可能依赖于持续的能量供应，以维持关键功能（如大分子修复）所必需的基础代谢过程。在本研究中，作者回顾了与低湿休眠状态下微生物功能相关的知识状态，突出了对干燥细胞中分子和生化过程的定性和定量方面的理解的巨大差距。

原名：Microbial anhydrobiosis

译名：微生物的低湿休眠

期刊：Environmental Microbiology

IF：5.491

发表时间：2021.8.4

通讯作者：Don A. Cowan

通讯作者单位：南非比勒陀利亚大学生物化学、遗传学和微生物学系

DOI号：10.1111/1462-2920.15699

原文链接：

https://doi.org/10.1111/1462-2920.15699

福州大学| Environmental Microbiology：环境胁迫改变了微生物群落分类组成与功能属性之间的关系

本文由流浪过的梦编译

摘要：功能冗余被认为在微生物系统中较为常见，但最近的研究对这一想法提出了疑问。造成这一矛盾结果的机制尚不清楚。然而，我们假设与人为活动相关的强大环境胁迫能够削弱微生物的功能冗余。本研究使用宏基因组和16S rRNA基因高通量测序来研究亚热带河流中的浮游微生物群落。我们发现轻微的胁迫可能导致河流上游地区的选择压力较低。因此，微生物群落功能属性基本稳定，尽管群落组成随水温和NO₃-N的变化而变化 (表示功能冗余)。然而，河流下游地区强烈的胁迫影响了污染物降解功能（如氮代谢、甲苯、二甲苯和乙苯降解）和潜在的污染物降解（耐受）微生物，因此导致微生物群落组成随土壤含水量的变化而同步变化。我们的研究结果表明，与人为胁迫相关的强环境作用不仅对微生物群落组成和群落功能属性有影响，而且对它们之间的关系也有影响。这些结果为完善功能冗余思想提供了新的见解。

结论：在本研究中，我们发现与人类活动相关的环境胁迫在改变西源河微生物功能冗余程度中发挥了重要作用。这可能是由于1号河段的低环境胁迫 (低人为活动) 导致了微生物群落功能属性的稳定，尽管群落组成随水温和NO₃-N (功能冗余) 的变化而发生季节性变化。相比之下，河流2段强烈的人为活动干扰则通过同步增加污染物降解功能属性和潜在污染物降解微生物，使微生物群落功能属性不稳定，从而导致群落组成与功能属性之间存在较强的相关性。生态群落的功能冗余是在环境干扰导致局部物种灭绝的情况下维持生态系统过程的保证。随着人类活动对水生生态系统的环境压力的增加，微生物宏基因组功能及其与群落组成的关系对人类活动和全球变化相关的未来意外事件的响应日益迫切。

关键词：微生物群落、宏基因组、功能冗余、环境胁迫、亚热带河、营养物质

原名：Anthropogenic activities change the relationship between microbial community taxonomic composition and functional attributes

译名：环境胁迫改变了微生物群落分类组成与功能属性之间的关系

期刊：Environmental Microbiology

IF：5.491

发表时间：2021年8月4日

通讯作者：刘乐冕

通讯作者单位：福州大学海洋生物高价值优质利用技术创新服务平台&福建省海产品废弃物综合利用工程技术研究中&福州市海产品高价值利用产业技术创新中心

DOI号：10.1111/1462-2920.15702

原文链接：

https://doi.org/10.1111/1462-2920.15702

Plant and Soil

科研| Plant Soil：土壤微生物驱动植物物种和基因型多样性相互作用对生产力的影响

本文由永稷编译

文章摘要：目的：植物种类和基因型多样性对生产力的影响已有大量文献报道，但是有关植物种类和基因型多样性交互作用对生产力的影响仍鲜有报道。在土壤微生物对植物多样性和生产力关系的影响逐渐被发现的基础上，本研究对植物种类多样性、植物基因型多样性和土壤微生物之间的潜在互作关系进行探索。本研究假设植物种类和基因多样性对生产力的非加和效应可能是由微生物所驱动的。

方法：本研究选用豌豆和小麦两种植物种类，以三种不同基因型的豌豆和小麦在三种土壤微生物背景不同的土壤上进行单做和混作，通过测定植物地上和地下部分生物量、土壤矿物氮含量以及土壤细菌群落等指标，来探索植物种类-植物基因型-土壤微生物三方互作对作物生产力的影响。

结果：本研究发现在两个物种及其基因型多样性混作条件下，作物地上部分生物量远高于植物物种多样性和基因型多样性对生产力的加和效应。然而，这并不是植物种类和基因型多样性两种正向调控作用的协同作用。本研究发现植物种类的混作弥补了基因型多样性的负向调控作用。就微生物而言，本研究发现植物种类多样性和植物基因型多样性及其交互作用对生产力的影响受到土壤微生物群落的驱动，因为在灭菌的土壤中，未观察到植物种类和植物基因型互作增加植物生产力的现象。

结论：本研究表明植物多样性和植物生产力的关系可能是植物种类多样性-植物基因型多样性-土壤微生物三方互作所形成的结果。由此可见，植物-微生物互作和植物间互作决定了植物多样性和生产力之间的关系。

关键词：多样性-生产力关系；基因多样性；植物-微生物互作；土壤微生物；物种多样性

原名：Soil microbes drive the effect of plant species and genotypic diversity interaction on productivity

译名：土壤微生物驱动植物物种和基因型多样性相互作用对生产力的影响

期刊：Plant and soil

IF：4.192

发表时间：2021.07.31

通讯作者：Tiffany Raynaud

通讯作者单位：法国勃艮第大学

DOI号：10.1007/s11104-021-05071-z

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s11104-021-05071-z

实验设计图（原文中图1）

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